Устройство для сжатия непрерывных сигналов

 

Союз Совет сник

Социалистических

Республик

111

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 24. 11. 80 (2l ) 3007691/18-24 с присоединением заявки М (23) П рноритет (51)NL. Кл.

G 08 С 19/28

Веударетвснный коиитет

СССР вю делам нзабретений н отерытнй

Опубликовано 07 . 07 . 82 . Бюллетень РВ 25

Дата опубликования описания 09 . 07 . 82 (53) УДК 621. 398 (088. 8) (72) Автор (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ

СИГНАЛОВ

Изобретение относится к технике телеметрии и устройств первичной обработки и сжатия информации.

Известны устройства, осуществляющие сжатие информации, представленной в виде непрерывного напряжения, с целью устранения статической или структурной избыточности. В основе этих устройств лежат методы аппроксимации непрерывной функции полиномами различных порядков. Одними из наиболее распространенных являются устройства, реализующие аппроксимацию непрерывного напряжения отрезками прямых линий, наклоненных под различными углами к оси абсцисс (аппроксимация полиномами первого порядка) . При использовании таких устройств исходное напряжение представ" ляется набором его значений; измеренных в точках изменения угла наклона прямых, которые называются точками отсчета или точками дискретизации.

Известно устройство -для сжатия, в котором прямые проводятся из точек отсчета под углом наклона к оси абсцисс, равным значению производной напряжения, вычисленному в момент взя" тия отсчета, аппроксимирующая пря" мая совпадает с касательной, проведенной иэ точки отсчета. Это устройство состоит из блока вычисления ошибки аппроксимации, блока сравне1О ния текущеи ошибки с заданным допуском и ключа, управляемого блоком сравнения и пропускающего значения исходного напряжения в моменты отсчета на выход устройства j 1).

В блок вычисления ошибки аппроксимации входит дифференцирующая цепь; это приводит к низкой помехозащищен> асти всего устройства. Кроме того, устройство имеет аналоговый выход, вследствие чего при использовании его сигналов в системах цифровой обработ- ки требуется дополнительное преобра" зование.

942111 момент (3).

Известно устройство аппроксимации непрерывного напряжения отрезками прямых, в котором угол наклона прямой не связывается со значением производной, Устройство состоит из генератора образцового напряжения, блока сравнения и ключа. В этом устройстве генерируется набор линейных напряжений, направленных из точки отсчета под разными углами к оси абс- lo цисс. В процессе работы блок сравнения измеряет разность между исходными и образцовыми напряжениями. В тот момент, когда разность достигает значения заранее установленного допуска, отсчет текущего времени и значение напряжения в.этот момент с помощью ключа выдаются из устройства. Из наРора образцовых напряжений для аппроксимации оставляется та, которая дает точку отсчета, наиболее удаленную от исходной f2).

Недостатком устройства является то, что получаемые значения исходного напряжения не могут быть использованы в цифровых системах связи без преобразования в цифровой код.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для сжатия информации, состоящее из генератора линейнык напряжений, элементов сравнения, блока управления отсчетом и ключа. Элементы .сравнения имеют два входа, на один из которых поступает эталонное образцовое напряжение от генератора, на дру35 гой - исходное напряжение. Выходы элементов сравнения через блок управления отсчетом соединены с ключом. Поступающие на элементы сравнения ли о нейные напряжения отличаются друг от друга углом наклона к оси времени.

Вследствие этого элементы срабатывают последовательно, блок управления отсчетом фиксирует последний момент срабатывания элементов сравнения и откры45 вает ключ, с выхода которого выдаются значение момента времени отсчета и значение исходного напряжения в этот

Недостатком устройства является то, что с его выхода снимается сигнал, равный мгновенному значению исходного напряжения, что затрудняет дальнейшее применение его в системах телеметрии и обработки, использующих, как правило, цифровое представле" ние информации.

Цель изобретения - расширение области применения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для сжатия непрерывных сигналов, содержащее генератор эталонного линейного напряжения, выход которого соединен с объединенными первыми входами элементов сравнения, объединенные вторые входы которых соединены с входом устройства и первым входом ключевого элемента, первый выход которого соединен с первым выхо-, дом устройства, введены реверсивный счетчик и преобразователь кодов, выход первого элемента сравнения соединен с вторым входом ключевого элемента, первым входом преобразователя ко" дов и вычитающим входом реверсивного счетчика, выход второго элемента сравнения соединен с третьим входом ключевого элемента, вторым входом преобразователя кодов и суммирующим входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с первым входом генератора эталонного линейного напряжения, второй вход которого соединен с вторым выходом ключевого элемента, выход преобразователя кодов соединен с вторым выходом устройства.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство состоит из генератора 1 эталонного линейного напряжения, элементов 2 и 3 сравнения, ключевого элемента 4, реверсивного счетчика 5 и преобразователя 6 кодов.

Генератор 1 представляет собой устройство, предназначенное для выработки линейного напряжения, угол наклона которого к оси времени может быть различным и определяется содержимым реверсивного счетчика 5. Различной может быть и начальная ордината, с которой начинается линейное напряжение. Начальной ординатой управляет ключевой элемент 4, элементы 2 и 3 предназначены для получения разности исходного и образцового напряжения и сравнения ее с заданным допуском.

Ключевой элемент 4 предназначен для выдачи значений отсчетов времени на выход устройства и значений исходного напряжения в моменты отсчетов на вход генератора 1. Преобразователь 6 кодов предназначен для преобразования импульсов, поступающих с выходов элементов 2 и 3 сравнения, в одноразрядный двоичной код и представляет

5 Э421 собой, например, шифратор на два входа с одним выходом. Реверсивный счетчик 5 предназначен для определения изменения угла наклона эталонного напряжения. 5

Уст ройс т во работ ает следу ющи м об- разом.

Зафиксированное в один из моментов отсчета значение исходного напряжения U(t) поступает на вход генера- 10 тора 1 эталонного напряжения, на другой его вход подается содержимое ре" версивного счетчика 5. С выхода генератора t снимается линейное напряжение, изменяющееся согласно формуле * 15

s(4}=U(t„.). Ü„ð}È-t, „.), 1=01,1," Ко= где U(t. ) - значение исходного напряжения в точке отсчета; 20

К. - содержимое реверсивного счетчика 5 в момент отсчета заранее заданный угол.

Уравнение (1) является обычным уравнением прямой, проходящей через заданную точку. При достижении эталонным напряжением величины U(t)1$ aли U(t)-gt где Ь вЂ” заданный допуск, срабатывает соответственно элемент 2 сравнения или 3. При срабатывании любого элемента сравнения с выхода ключевого

Ьлемента 4 снимается значение исходного напряжения и момента времени.

Импульс с выхода элемента 2 сравнения преобразуется в преобразователе 6 кодов в двоичный одноразрядный код

"0",. а импульс с выхода элемента 3 сравнения - в код "1".

На фиг. 2а показано, что эталонное напряжение в точке совпадает с величиной u(t)-Ь, при этом значение исходного напряжения 0(t.) отличается от значения прямой и той же точке на величину В. Для того, чтобы аппроксимирующая прямая не выходила за пределы допуска, угол наклона ее K„- Р увеличивается. Это выполняется следующим образом. При срабатывании элемента 3 сравнения импульс с его выхода увеличивает содержимое реверсивно"

ro счетчика 5 на единицу. После передачи содержимого счетчика 5 в генератор 1 угол наклона эталонного напряжения возрастает на величину Р. В следующий момент отсчета 1„+< процесс повторяется и содержимое реверсивного счетчика 5 увеличивается еще на еди" ницу. В точке t„ + эталонное напряже11 6 ние совпадает с величиной U(t)+, значение прямой S (t< <) превышает значение 0() на величинуК Срабатывает элемент 2 сравнения, вследствие чего угол наклона эталонного напряжения уменьшается на величину / .

Таким образом, в процессе аппроксимации непрерывного сигнала происходит поворот аппроксимирующей прямой в направлении изменения формы исходного сигнала, причем, изменение поворота производится на фиксированный угол. Последнее обстоятельство и дает возможность кодировать изменение углов поворота одноразрядными двоичными кодами. На фиг. 2б и 2в показаны им-: пульсы, снимаемые с выходов элементов 2 и 3 сравнения в соответствии с диаграммой Ь,.

Значения непрерывного напряжения в точках отсчета восстанавливаются на основании уравнения (1) с учетом того, что известен угол и 0(с„+,1)

= S (t„. „) -Ь, если в момент t „. сработал элемент 3 сравнения (с выхода устройства был выдан код "1n) и

U(t„+,<) = 5(+„)-а, если сработал элемент 2 сравнения (с выхода устройства был выдан код "0").

На фиг. 2 показана диаграмма, иллюстрирующая процесс восстановления сигнала.

Величина угла, от которой во многом зависит эффективность сжатия для класса сигналов, обладающих одина" ковыми статическими свойствами, может быть подобрана экспериментально, Использование новых элементов ре.версивного счетчика и преобразователя кодов позволяет получать выходные сигналы устройства в цифровой форме.

При этом сохраняется эффективность методов аппроксимации сигнала отрезками прямых линий. Это обстоятельство существенно упрощает дальнейшее использование выходных значений устройств сжатия в цифровых системах ne" редачи и обработки информации, т.е. область применения этих устройств расширяется. Например, устройства передачи информации в качестве необходимого элемента включают анапого-цифровой преобразователь (АЦП ), предназна енный для преобразования выходных сигналов, выдаваемых устройством сжатия, в цифровой код, Применение устройства позволяет исключить АЦП из состава устройства передачи и ограничитьСя для передачи

7 94211 значений исходного напряжения одним двоичным разрядом, тогда как при использовании известных устройств и АЦП количество таких разрядов достигает шести" восьми. 5

Учитывая, что на выполнение аналого-цифрового преобразования требуется определанное время, применение предлагаемого устройства приведет к увеличению быстродействия системы пере- 10 дачи информации.

Формула изобретения

Устройство для сжатия непрерывных сигналов, содержащее генератор эталонного линейного напряжения, выход которого соединен с объединенными первыми входами элементов сравнения, го объединенные вторые входы которых . соединены с входом устройства и первым входом ключевого элемента, первый выход которого соединен с первым выходом устройства, о т л и ч а ю щ е - 25 е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства, в не"

ro введены реверсивный счетчик и пре1 8 образователь кодов, выход первого элемента сравнения соединен с вторым входом ключевого элемента, первым входом преобразователя кодов и вычитающим входом реверсивного счетчика, выход второго элемента сравнения соединен с третьим входом ключевого элемента, вторым входом преобразователя кодов и суммирующим входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с первым входом генератора эталонного линейного напряжения, второй вход которого соединен с вторым выходом ключевого элемента, выход преобразователя кодов соединен с вторым выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Фремке А.В. Телеизмерение. И., "Высшая школа", 1975, с. 229-231.

2. Мановцев А,П. Основы радиотелеметрии. М., "Энергия", 1973, с. 448-449.

3 ° Руденко В.В. и Свенсон А.Н.

Об адаптивной дискретизации непрерывных сигналов. Сб. статей "Проблемы электрометрии". Новосибирск, "Наука", 1967, с. 93-98 (прототип). фиг. 1

942111

Иаленты отсчетоа ,ф

Ц с н с <ч

Ъ

У2ж/ лаУОааю2

Фыг. Г

Составитель Н, Бочарова

Редактор Е. Лушникова Техреду 3. Палий Корректор ". Orap

Заказ 4848/44 Тираж Б42 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 035 Москва Ж-35 Рамаская наб. д. 4/5

3 3

Л Л ь Й .л 8=========„=====

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, ч